미국 수소 프로그램 발표(두산 퓨얼셀 언급?)

 

11.12에 미국 정부 기관(Department of Energy)에서 수소 프로그램 계획을 발표하였습니다. 11.12 발표 이후 미국 수소 관련 주가가 급등하여 세부 내용을 살펴보았습니다.

 

위의 보고서는 전체 56페이지로 전체 수소 산업의 개요부터 수소 산업의 분야 등 전반적인 내용을 다루고 있으며, 관련하여 주요 내용을 아래와 같이 정리하였습니다.

(원문:  www.hydrogen.energy.gov/pdfs/hydrogen-program-plan-2020.pdf)

 

1. 수소의 이점 및 전망

• 수소는 다양한 자원에서 생산이 가능하며, 또한 다양한 분야에서 사용 및 수출이 가능합니다.
• 수소는 질량당 에너지 밀도가 가장 높으며(가솔린의 3배 이상), 화학 산업에서 주요한 원료로 사용됩니다.
• 수소를 연료전지에 사용하거나 연소하게되면 배출 물질을 Zero로 만들 수 있습니다.
• 수소는 에너지 저장 수단으로 사용이 가능하며, 특히 "responsive load"(반응성으로 에너지 그리드에서 부하를 조절하는 것을 말함)로서의 역할을 하며 에너지 그리드의 안정성을 강화할 수 있습니다.
  (신재생 에너지는 에너지 생산을 조절하기 어려우므로 이러한 responsive load로서의 역할을 하는 수소의 중요성을 말하고 있습니다)
• 수소는 Transportion(이동 수단), Chemicals and Industrial(화학 산업), Stationary and Power Generation(저장 및 발전), Integrated/Hybrid Energy 분야에 사용이 되고 있습니다.
• 하기 표는 각 분야에서 현재 수요처와 향후 예상되는 수요처를 명시하고 있습니다

• 보고서에서는 2050년 수소 산업의 규모가 글로벌 2조 5천억 달러로 예상하였으며, 연료 전지 출하량은 2015년 이후 15배 증가할 것으로 전망하고 있습니다. 미국에서는 2050년 연간 매출액 7,500억 달러로 이어질 수 있을 것으로 보고 있습니다.
• 현재 예정되어 있는 프로젝트는 유타에서의 10억 달러 규모의 Advanced Clean Energy Storage project, 워싱턴 주의 5MW 규모 수전해 프로젝트, 20MW 규모의 solar power을 이용한 수소 생산 프로젝트 등이 있습니다

 

 

2. Hydrogen Program의 목적

• DOE(Department of Energy) 수소 프로그램의 목적은 연료 전지 및 터빈을 포함한 기술을 연구, 개발 및 검증하고 기관 및 시장 장벽을 해결하여 궁극적으로는 수소 관련 산업을 활성화 시키는 데 있습니다.
• DOE에서 그리는 수소 프로그램의 콘셉은 아래와 같습니다.
  - 화학 공정에서 수소를 원료로 활용
  - 에너지 운반체(Carrier)로서의 역할
  - 운송 수단의 연료(특히 중장비)
  - 발전(대규모 전력, 분산 전력, 백업 전력)
  - 에너지 저장

• 현재 수소 사용량은 10 million metric tonnes(MMT)/year이며, 2050년에 22~41MMT/year까지 사용량이 증가할 것으로 예상하고 있습니다. 추가적으로, 선박이나 데이터 센터 등 새로운 사용처가 발굴된다면 사용량은 더 증가할 수 있습니다.
• DOE Hydrogen program의 주요 Target은 아래와 같으며, 주로 수소와 연료전지의 생산 단가를 낮추고 사용 기간을 높이는데 주안점을 두고 있습니다.

3. 수소 관련 산업 분야

1) 수소 생산

• 수소를 생산하는 방법에는 화석연료, 바이오 매스, 수전해가 있으며, 탄소 중립적으로 생산하는 것을 명시하고 있습니다.
  즉, 화석연료를 이용하여 수소를 생산할 경우 발생하는 이산화 탄소는 CCUS(Carbon Capture Utilization and Storage)를 활용하여 탄소 중립적으로 수소를 생산하는 것을 언급하고 있습니다.

2) 수소 이송

• 수소를 이송하는 방법에는 Tube Trailer, Pipeline, Liquid Hydrogen, Chemical Carrier 등이 있습니다.
• 현재는 주로 Tube Trailer을 활용하여 이송하고 있지만, Liquid Hydrgen, Chemical Carrier을 통한 이송을 개발하는데에 집중하고 있습니다.

3) 수소 저장

• 앞서 언급한 바와 같이 수소의 무게당 에너지 밀도는 가솔린의 3배 이상이지만, 부피 기준으로는 매우 낮습니다.
• 따라서, 저장 방법이 중요하며, 현재는 주로 Physical based로 저장(액화, 고압)하고 있으며, 향후에는 화학 물질과 결합하여 저장하는 방향으로 연구가 진행되고 있습니다.

 

 

4) Conversion(에너지 전환)

• 수소는 화석 연료, 수전해, 폐기물을 사용하여 생성되며, 에너지 운반체로서의 역할을 하게 됩니다.
• 수소를 이송하여 사용처에서는 다시 전기나 열과 같은 형태로 변환 시켜야 하며, 열로 전환할 경우에는 연소, 전기로 변환할 경우에는 연료전지를 사용하게 됩니다.
• 수소 연소의 경우 기존 화석 연료를 연소하여 열을 얻는 것과 같은 원리입니다. 하지만, 수소를 연소할 경우에는 이산화 탄소가 발생하지 않고 부산물로 물만 발생하게 됩니다.
  수소 엔진의 경우에는 이미 NASA를 통해 활용이 되고 있으며, 수소 터빈 발전의 경우 대규모 발전사에서 수소 비율을 높여가며 연구를 진행 중에 있습니다
• 연료 전지의 경우 수소를 전기와 열에너지로 전환하는 역할을 합니다. 연료 전지는 수소 연소보다 효율이 좋으며, 현재 60%의 효율이 입증되었으며, 열병합 발전과 같이 사용될 경우 80%의 효율이 입증되었습니다.
  (80%의 효율 입증자료로 두산 퓨얼셀 PAFC 연료전지를 첨부하고 있습니다)
• 연료 전지에는 종류가 다양하며, 보고서에서는 차량에 사용되는 PEMFC와 발전용 연료전지인 SOFC만을 언급하고 있습니다.

4. 수소 프로그램 실행

• 투자자로써는 이번 보고서에서 가장 주된 내용으로, 펀딩에 대한 사항을 언급하고 있습니다. 구체적인 금액을 이야기 하지는 않았지만, 지난 20년간 $4 billion을 이미 투자해 왔으며, 지속할 것임을 말하고 있습니다.
• 펀드의 효율적 운영을 위해 평가 및 외부 자문 검토 등이 진행될 것임을 명시하였습니다.

 

 

5. DOE 수소 프로그램을 읽고

• 수소 프로그램 보고서가 발간된 이후 수소 관련 주식(Fuel Cell Energy, Bloom Energy, Plug Power 등)이 크게 상승하고 있습니다.
• 과거에도 수소 프로그램은 진행되었으나, 바이든 당선인이 당선된 이후 기대감이 커진 상황에서 보고서가 촉매제 역할을 한 것으로 보입니다.
• 구체적인 투자 규모나 수소 산업 시장 규모 전망이 없어서 아쉬웠지만, 미국에서도 한국처럼 수소를 활용하고자하는 의지를 많이 느꼈습니다.
• 금번 보고서에서 흥미로웠던 점은 연료 전지를 언급하면서 SOFC와 PEMFC를 주로 언급하였던 점입니다. PEMFC는 자동차에 주로 사용되는 연료전지로 관련 기업은 Plug Power와 현대 자동차 등 수소 자동차 관련 기업입니다.
• SOFC의 경우 발전용 연료 전지로 Bloom Energy에서 주력으로 밀고 있는 연료전지입니다.
• 한국의 두산 퓨얼셀의 경우 PAFC를 주력으로 밀고 있지만, 금번 보고서에서 열병합 발전과 합쳐질 경우 80%의 효율을 낼수 있는 예시로 언급하고 있습니다. (미국 정부 보고서에서 한국의 특정 기업을 언급한다는게 놀라우며, 두산 퓨얼셀을 한번더 다시 볼 생각을 하고 있습니다.)

 

 

수소 경제에 대해서(신재생 에너지, 수전해, 연료전지)

 

블룸에너지, Bloom Energy (차세대 연료전지, 블룸SK퓨얼셀)